專利名稱：串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器，特別涉及一種包括電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的 串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器。
背景技術(shù)：
在電機(jī)驅(qū)動、新能源發(fā)電和電動汽車等領(lǐng)域均需要進(jìn)行AC-DC-AC等電力變換處理，常用的電力變換技術(shù)有AC-DC整流技術(shù)以及DC-AC逆變技術(shù)。傳統(tǒng)的電力變換系統(tǒng)在 AC-DC變換級采用二極管不控整流，會給電網(wǎng)注入諧波，影響電能質(zhì)量，并且能量只能單向流動，從電源側(cè)流向負(fù)載側(cè)。為了實(shí)現(xiàn)綠色電能變換、減少電網(wǎng)污染、并且提高電能利用效率，具有高功率因數(shù)并能實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動的電力變換系統(tǒng)勢在必行。該變換系統(tǒng)采用高頻可控整流和高頻可控逆變技術(shù)，如圖1所示。在上述系統(tǒng)中整流級和逆變級均采用高頻可控開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)，在電路結(jié)構(gòu)上具有對稱性或?qū)ε夹裕梢缘刃Х治?。概括起來，目前存在的AC-DC或DC-AC變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為兩類，電壓源變換器和電流源變換器。圖2是典型的電壓源變換器，該電路由三相電源與電感，三相功率變換器和直流電容構(gòu)成，其中功率變換器由6個帶有反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)組成三相H橋結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)電壓型變換器AC-DC整流時具備BOOST電路特性，使得輸出電壓升高，因此帶來以下缺點(diǎn) 提高了直流母線的電壓，增加了功率器件的開關(guān)應(yīng)力。該電路只能升壓、不能降壓，在對蓄電池充電的場合，需要較大范圍調(diào)節(jié)其充電電壓，該變換電路輸出電壓范圍窄，難滿足要求。同一橋臂的兩個開關(guān)管不能同時導(dǎo)通，否者橋臂會直通短路，損壞開關(guān)管；而電力系統(tǒng)的EMI干擾或噪聲有可能使得橋臂誤觸發(fā)，從而降低了系統(tǒng)的可靠性。圖3是典型的電流源變換器，該電路由三相電源、三相電感與電容，三相功率變換器和直流電感構(gòu)成，其中功率變換器由6個帶有串聯(lián)二極管的功率開關(guān)組成三相H橋結(jié)構(gòu)。 傳統(tǒng)電流型變換器AC-DC整流時具備BUCK電路特性，使得輸出電壓降低，因此帶來以下缺點(diǎn)該電路只能降壓、不能升壓，在對蓄電池充電的場合，需要較大范圍調(diào)節(jié)其充電電壓，該變換電路輸出電壓范圍窄，難滿足要求。同一橋臂的兩個開關(guān)管不能同時斷開，否者橋臂會直通開路，即電感開路過高電壓損壞開關(guān)管；而電力系統(tǒng)的EMI干擾或噪聲有可能使得橋臂誤觸發(fā)，從而降低了系統(tǒng)的可靠性。總之，傳統(tǒng)的電壓源變流器和電流源變流器存在下述共同的不足它們只能是升壓型或者降壓型變流器，而不可能是兼具升/降壓型功能的升/降壓型變流器，導(dǎo)致其輸出電壓范圍有限。電壓源變流器和電流源變流器其主電路不能互換使用，給電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)者帶來許多不便。系統(tǒng)的抗電磁干擾能力較弱。美國Peng F. Z教授提出了介于電壓源和電流源之間的Z-源逆變器，又稱阻抗源逆變器，如圖4。該電路由直流電源、二極管、電感電容阻抗網(wǎng)絡(luò)、三相功率變換器和交流負(fù)載構(gòu)成。其中阻抗網(wǎng)絡(luò)由兩組數(shù)值相等的電感Li、L2和電容Cl、C2組成Z字型的連接，功率變換器由6個帶有反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)組成三相H橋結(jié)構(gòu)。由于采用獨(dú)特的阻抗型網(wǎng)絡(luò)，阻抗源逆變器可以工作于正常逆變狀態(tài)和直通狀態(tài)。橋臂直通狀態(tài)時，阻抗網(wǎng)絡(luò)儲能，從而提升直流側(cè)電壓，調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓，具備BOOST電路特性。正常逆變狀態(tài)，類似傳統(tǒng)逆變器，具備BUCK電路特性。阻抗源逆變器是一種新的電力電子電路拓?fù)?，單級變換高效；同時具備BOOST和BUCK電路特性，可以升壓和降壓，允許輸入電壓大范圍變化；提供電壓跌落時的穿越能力，減少浪涌和諧波電流；不怕直通故障。 對現(xiàn)有阻抗源變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析可以發(fā)現(xiàn)，阻抗源網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)可以等效為一個二端口網(wǎng)絡(luò)，該二端口網(wǎng)絡(luò)位于電源與負(fù)載之間，并聯(lián)連接與正負(fù)母線間。由于是并聯(lián)連接，阻抗源網(wǎng)絡(luò)承受的最高電壓必然為輸入側(cè)電源電壓和逆變器直流母線電壓的極大值， 因此無源器件電容電感的電應(yīng)力較大。綜合起來，現(xiàn)有阻抗源逆變器亦存在一些不足，1) 阻抗源變流器元器件電應(yīng)力較高，無源阻抗網(wǎng)絡(luò)較大；2)阻抗源網(wǎng)絡(luò)采用Z型連接，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率母排設(shè)計(jì)比較困難；3)阻抗源逆變器在輕負(fù)載和低功率因數(shù)時系統(tǒng)輸出電壓失控、容易出現(xiàn)振蕩甚至不穩(wěn)定，縮小了系統(tǒng)應(yīng)用范圍，增加了系統(tǒng)控制復(fù)雜性，4)在電力傳動系統(tǒng)中，阻抗源逆變器不易順利實(shí)現(xiàn)能量回饋四象限運(yùn)行；5)阻抗源逆變器以PWM硬開關(guān)方式運(yùn)行，增加了系統(tǒng)電磁騷擾，增加了開關(guān)損耗，開關(guān)工作頻率難以提高以較小變換器體積和重量。以上這些阻礙了阻抗源逆變器的推廣應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高電力電子變換器的效率，提高開關(guān)工作頻率，改善系統(tǒng)電磁兼容性，除了 PWM硬開關(guān)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域外，PWM和諧振技術(shù)相結(jié)合的軟開關(guān)技術(shù)研究也取得了很大的進(jìn)展，諧振型變換器得到大量應(yīng)用。按照諧振腔元件的諧振方式，分為串聯(lián)諧振型變換器和并聯(lián)諧振型變換器兩類。按負(fù)載與諧振電路的連接方式，分為負(fù)載與諧振回路串聯(lián)的串聯(lián)負(fù)載諧振型變換器和并聯(lián)負(fù)載諧振型變換器。按照諧振元件與功率開關(guān)的連接方式，有零電壓/零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振與多諧振變換器。功率變換器采用PWM調(diào)制控制方式，又有零電壓/零電流開關(guān)/轉(zhuǎn)換PWM變換器(ZVS/ZVT，ZCS/ZCT PWM變換器)。軟開關(guān)功率變換器是電力電子領(lǐng)域的重大進(jìn)展，具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。圖5是串聯(lián)諧振變換器，該電路由三相電源與電感、三相功率變換器、電感、電容以及電阻負(fù)載構(gòu)成，其中功率變換器由6個功率開關(guān)組成三相H橋結(jié)構(gòu)。在該電路中，電感與電容串聯(lián)連接構(gòu)成諧振槽以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，功率開關(guān)在諧振電壓電流過零時開通或關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的效果。圖6是并聯(lián)諧振變換器，該電路由三相電源、三相電感和電容、三相功率變換器， 電感、電容以及電阻負(fù)載構(gòu)成，其中功率變換器由6個功率開關(guān)組成三相H橋結(jié)構(gòu)。在該電路中，電感與電容并聯(lián)連接構(gòu)成諧振槽以實(shí)現(xiàn)并聯(lián)諧振，功率開關(guān)在諧振電壓電流過零時開通或關(guān)斷，以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有功率變換器不能同時兼有升或降壓型功能，不能同時實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)運(yùn)行的缺點(diǎn)，提出一種新型電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路，以及一種包括所述電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的功率變換器。本發(fā)明串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器同時兼有升或降壓的功能， 可實(shí)現(xiàn)能量回饋雙向功率流運(yùn)行，其功率開關(guān)具有軟開關(guān)運(yùn)行環(huán)境，從而提高功率變換器系統(tǒng)變換效率、同時減小體積和重量、提高可靠性。本發(fā)明的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路由第一電感、第一電容、第二電感和第二電容順序首尾串聯(lián)連接形成，該電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路有四個連接點(diǎn)，雙向開關(guān)對角連接于所述電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的兩個連接點(diǎn)，構(gòu)成電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路。所述電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的另外兩個連接點(diǎn)分別為輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。所述雙向開關(guān)包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，且第一開關(guān)和第二開關(guān)均為電力電子功率開關(guān)。所述雙向開關(guān)的組成形式為以下三種中的任意一種所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均為逆阻型IGBT開關(guān)器件(RB-IGBT)，且兩開關(guān)反向并聯(lián)組成；或者所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均為帶續(xù)流二極管的IGBT開關(guān)器件，且兩開關(guān)反向串聯(lián)組成，其中兩個IGBT開關(guān)的集電極互聯(lián)；或者所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均為帶續(xù)流二極管的IGBT開關(guān)器件，且兩開關(guān)反向串聯(lián)組成，其中兩個IGBT開關(guān)的發(fā)射極互聯(lián)。本發(fā)明串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器由電源、輸入側(cè)功率變換器、電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路、輸出側(cè)功率變換器和負(fù)載組成。所述的輸入側(cè)功率變換器和輸出側(cè)功率變換器采用電壓型變換器或電流型變換器，變換器的相數(shù)可以為單相、二相、三相或多相。電源的相數(shù)與輸入側(cè)功率變換器的相數(shù)相同，負(fù)載的相數(shù)與輸出側(cè)功率變換器的相數(shù)相同。所述的電源連接于輸入側(cè)功率變換器的橋臂中點(diǎn)，輸入側(cè)功率變換器的正極與電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的輸入節(jié)點(diǎn)連接，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的輸出節(jié)點(diǎn)與輸出側(cè)功率變換器的正極連接， 輸入側(cè)功率變換器的負(fù)極與輸出側(cè)功率變換器的負(fù)極連接，負(fù)載連接于輸出側(cè)功率變換器的橋臂中點(diǎn)。傳統(tǒng)的電橋采用4個電阻構(gòu)成為無源網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明提出的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路采用電感電容和功率開關(guān)構(gòu)成有源網(wǎng)絡(luò)，通過雙向開關(guān)的導(dǎo)通和/或關(guān)斷可以自由的控制電橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功率變換器的不同工作模式。所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器根據(jù)雙向開關(guān)的狀態(tài)不同有以下4種工作模式

工作模式1 串聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)當(dāng)所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的雙向開關(guān)的第一開關(guān)關(guān)斷，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)關(guān)斷，所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)兩個連接點(diǎn)斷開，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)中的第一電感與第二電容串聯(lián)，第二電感與第一電容串聯(lián)，兩路串聯(lián)支路再通過所述的阻抗網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)并聯(lián)連接。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，母線電壓或電流可以諧振過零，所述的功率變換器的功率開關(guān)運(yùn)行在零電壓或零電流開關(guān)方式，所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器運(yùn)行在串聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)。工作模式2 并聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)當(dāng)所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的雙向開關(guān)的第一開關(guān)導(dǎo)通，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)導(dǎo)通，所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的兩個連接點(diǎn)重合，所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)中第一電感與第一電容并聯(lián)，第二電感與第二電容并聯(lián)，兩路并聯(lián)支路依次串聯(lián)連接于所述的阻抗網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)諧振，母線電壓或電流可以諧振過零， 所述的功率變換器的功率開關(guān)運(yùn)行在零電壓或零電流開關(guān)方式，所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器運(yùn)行在并聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)。工作模式3 雙向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)當(dāng)所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的雙向開關(guān)的第一開關(guān)開關(guān)動作，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)開關(guān)動作，所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的兩個連接點(diǎn)隨著雙向開關(guān)的動作間歇閉合或斷開，由于所述雙向開關(guān)的兩個開關(guān)均開關(guān)導(dǎo)通，電流可以雙向流動。所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器工作于正常整流或逆變狀態(tài)和直通狀態(tài)。以輸出側(cè)功率變換器為例，當(dāng)輸出側(cè)功率變換器的任何一個橋臂處于直通狀態(tài)時，所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路儲能，從而提升輸出側(cè)功率變換器的直流電壓，調(diào)節(jié)所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器的輸出電壓、具備升壓電路特性。當(dāng)輸出側(cè)功率變換器處于正常逆變狀態(tài)，類似傳統(tǒng)逆變器，所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器具備降壓電路特性。串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器運(yùn)行在雙向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)。在電網(wǎng)側(cè)采用PWM整流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)變換，對電網(wǎng)無諧波污染。工作模式4 單向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài) 當(dāng)所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的雙向開關(guān)中的第一開關(guān)開關(guān)動作，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)關(guān)斷、或者雙向開關(guān)的第一開關(guān)關(guān)斷且雙向開關(guān)的第二開關(guān)開關(guān)動作，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的兩個連接點(diǎn)隨著雙向開關(guān)的動作間歇閉合或斷開，由于所述雙向開關(guān)中僅一個開關(guān)開關(guān)導(dǎo)通，電流只能單向流動。串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器運(yùn)行在單向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)。從電路結(jié)構(gòu)分析可知，本發(fā)明的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)為“一端口”網(wǎng)絡(luò)，串聯(lián)接入輸入側(cè)功率變換器和輸出側(cè)功率變換器之間，其負(fù)母線相互連接。由于是串聯(lián)連接，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)承受的最高電壓為輸入側(cè)直流電壓和輸出側(cè)直流電壓之間的差值，因此無源器件電容電感的電應(yīng)力大大減小。電路分析表明，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器減小電路中無源器件的電應(yīng)力，從而減少無源網(wǎng)絡(luò)的體積和重量；無需吸收鉗位電路，減少元器件個數(shù)；輸入側(cè)與輸出側(cè)功率變換器共地，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功率母排的設(shè)計(jì)，改善了系統(tǒng)輸入性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其主要技術(shù)特點(diǎn)是串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器非常靈活，可以通過雙向開關(guān)的動作使功率變換器運(yùn)行在4種工作狀態(tài)。能夠運(yùn)行在串聯(lián)或并聯(lián)諧振狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)運(yùn)行，提高系統(tǒng)變換效率、改善功率變換器電磁環(huán)境。兼具升壓和降壓功能，能夠適應(yīng)輸入輸出電壓變化范圍大的應(yīng)用場合。能夠?qū)崿F(xiàn)電源與負(fù)載間的功率雙向流動，提高系統(tǒng)變換效率。能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)變換，對電網(wǎng)無諧波污染。減小阻抗網(wǎng)絡(luò)電路中無源器件的電應(yīng)力，從而減少無源網(wǎng)絡(luò)的體積和重量；簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功率母排的設(shè)計(jì)，改善了系統(tǒng)輸入性能，拓展了功率變換電路系統(tǒng)的適用范圍。


圖1現(xiàn)有技術(shù)的背靠背整流_逆變系統(tǒng)；圖2現(xiàn)有技術(shù)的電壓源變換器系統(tǒng)；圖3現(xiàn)有技術(shù)的電流源變換器系統(tǒng)；圖4現(xiàn)有技術(shù)的阻抗源逆變器系統(tǒng)；圖5現(xiàn)有技術(shù)的串聯(lián)諧振變換器；圖6現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)諧振變換器；圖7本發(fā)明電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的原理圖；圖8本發(fā)明串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器結(jié)構(gòu)示意圖；圖9本發(fā)明串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)三相AC-AC變換器結(jié)構(gòu)示意圖；圖10本發(fā)明串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)單相AC-AC變換器結(jié)構(gòu)示意圖11雙向電力電子功率開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖7為本發(fā)明電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的原理圖。如圖7所示，所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路由第一電感Li、第一電容Cl、第二電感L2和第二電容C2順序首尾串聯(lián)連接形成阻抗網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò) 有四個連接點(diǎn)A、P1、B、P2，雙向開關(guān)33對角連接于所述的阻抗網(wǎng)絡(luò)的兩個連接點(diǎn)A、B，構(gòu)成電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路。所述電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的另外兩個連接點(diǎn)P1、P2 為輸入節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)，其中Pl為輸入節(jié)點(diǎn)，P2為輸出節(jié)點(diǎn)。圖8為串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器由電源10、輸入側(cè)功率變換器11、電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路12、輸出側(cè)功率變換器22和負(fù)載20組成。所述的輸入側(cè)功率變換器11和輸出側(cè)功率變換器22采用電壓型變換器或電流型變換器，變換器的相數(shù)可以為單相、二相、三相或多相。電源10的相數(shù)與輸入側(cè)功率變換器11相同，負(fù)載20的相數(shù)與輸出側(cè)功率變換器22相同。所述的電源10 連接于輸入側(cè)功率變換器11的橋臂中點(diǎn)，輸入側(cè)功率變換器11的正極與電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路12的輸入節(jié)點(diǎn)連接，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路12的輸出節(jié)點(diǎn)與輸出側(cè)功率變換器22的正極連接，輸入側(cè)功率變換器11的負(fù)極與輸出側(cè)功率變換器22的負(fù)極連接，負(fù)載連接于輸出側(cè)功率變換器22的橋臂中點(diǎn)。圖9為串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)三相AC-AC變換器電路，由三相電源103、輸入側(cè)功率變換器113、電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路12、輸出側(cè)功率變換器223、電機(jī)負(fù)載203相互連接組成。 其中，輸入電源103由三相電網(wǎng)與電感串聯(lián)構(gòu)成；輸入側(cè)功率變換器113為三相電壓型變換器，由6個帶有反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)Si、S2、S3、S4、S5和S6組成三相H橋結(jié)構(gòu)，其中S1、S3、S5分別接在三相橋臂的正極，S4、S6、S2分別接在對應(yīng)的三相橋臂的負(fù)極。其中 Sl和S4串聯(lián)連接，S3和S6串聯(lián)連接，S5和S2串聯(lián)連接。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路12由第一電感Li、第一電容Cl、第二電感L2和第二電容C2首尾串聯(lián)連接形成，該電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路有四個連接點(diǎn)A、PU B、P2，雙向開關(guān)33角連接于電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的A、B兩個連接點(diǎn)，從而構(gòu)成電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路，P1、P2兩點(diǎn)為輸入輸出節(jié)點(diǎn)，其中Pl為輸入節(jié)點(diǎn)，P2為輸出節(jié)點(diǎn)。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路12串聯(lián)連接在輸入側(cè)功率變換器113的正極和輸出側(cè)功率變換器223的正極之間，輸入側(cè)功率變換器113的負(fù)極與輸出側(cè)功率變換器223的負(fù)極連接。輸出側(cè)功率變換器223為三相電壓型變換器，由6個帶有反并聯(lián)二極管的功率開關(guān) S7、S8、S9、S10、Sll和S12組成三相H橋結(jié)構(gòu)，其中S7、S9、Sll分別接在三相橋臂的正極， S10、S12、S8分別接在對應(yīng)的三相橋臂的負(fù)極，其中S7和SlO串聯(lián)連接，S9和S12串聯(lián)連接，Sll和S8串聯(lián)連接。負(fù)載20為三相交流電機(jī)。串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)三相AC-AC變換器電路根據(jù)雙向開關(guān)的狀態(tài)不同可以有以下4種工作模式1)工作模式1 串聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)為當(dāng)雙向開關(guān)33中的第一開關(guān)SA關(guān)斷，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)SB關(guān)斷，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的兩個連接點(diǎn)A、B兩點(diǎn)斷開，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路中第一電感Ll與第二電容C2串聯(lián)，第二電感L2與第一電容Cl串聯(lián)，上述兩路串聯(lián)支路再通過電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)Pl和輸出節(jié)點(diǎn)P2點(diǎn)并聯(lián)連接。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，母線電壓或電流可以諧振過零，所述的輸入側(cè)和輸出側(cè)功率變換器的功率開關(guān)運(yùn)行在零電壓或零電流開關(guān)方式。2)工作模式2 并聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)為當(dāng)雙向開關(guān)33中的第一開關(guān)SA導(dǎo)通，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)SB導(dǎo)通，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的兩個連接點(diǎn)A、B重合，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路中第一電感Ll與第一電容Cl并聯(lián)，第二電感L2與第二電容C2并聯(lián)，上述兩路并聯(lián)支路再依次串聯(lián)連接于輸入節(jié)點(diǎn)Pl和輸出節(jié)點(diǎn)P2。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路實(shí)現(xiàn)并聯(lián)諧振，母線電壓或電流可以諧振過零，輸入側(cè)和輸出側(cè)功率變換器的功率開關(guān)運(yùn)行在零電壓或零電流開關(guān)方式。

3)工作模式3 雙向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)為當(dāng)雙向開關(guān)33的第一開關(guān)SA開關(guān)動作，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)SB開關(guān)動作，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的兩個連接點(diǎn) A、B隨著所述的雙向開關(guān)的動作間歇閉合或斷開，由于所述雙向開關(guān)的兩個開關(guān)均開關(guān)導(dǎo)通，電流可以雙向流動。串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器可以工作于正常整流或逆變狀態(tài)和直通狀態(tài)。在電網(wǎng)側(cè)采用PWM整流技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)變換，對電網(wǎng)無諧波污染。4)工作模式4 單向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)當(dāng)雙向開關(guān)33的第一開關(guān)SA開關(guān)動作，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)SB關(guān)斷、或者雙向開關(guān)33的第一開關(guān)SA關(guān)斷，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)SB開關(guān)動作，電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)的A、B兩個連接點(diǎn)隨著雙向開關(guān)的動作間歇閉合或斷開，由于所述雙向開關(guān)中僅一個開關(guān)開關(guān)導(dǎo)通，電流只能單向流動。串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器運(yùn)行在單向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)。圖10為串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)單相AC-AC變換器電路。由單相電源101、輸入側(cè)功率變換器111、電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路12、輸出側(cè)功率變換器221、單相電機(jī)負(fù)載201相互連接組成。其中，輸入電源101由單相電網(wǎng)與電感串聯(lián)構(gòu)成；輸入側(cè)功率變換器111為單相電壓型變換器，由2個帶有反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)Si、S2與兩個電容C101、C201組成半橋結(jié)構(gòu)，Sl和S2串聯(lián)，C10UC201串聯(lián)，其中Si、ClOl分別接在橋臂的正極，S2、C201分別接在對應(yīng)橋臂的負(fù)極。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)12由第一電感Li、第一電容Cl、第二電感L2和第二電容C2首尾串聯(lián)連接形成阻抗網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)有四個連接點(diǎn)A、P1、B、P2，雙向開關(guān)33對角連接于阻抗網(wǎng)絡(luò)的A、B兩個連接點(diǎn)，從而構(gòu)成電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路，P1、P2兩個連接點(diǎn)為輸入輸出節(jié)點(diǎn)，其中Pl為輸入節(jié)點(diǎn)，P2為輸出節(jié)點(diǎn)。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)12串聯(lián)連接在輸入側(cè)功率變換器111的正極和輸出側(cè)功率變換器221的正極之間，輸入側(cè)功率變換器111的負(fù)極與輸出側(cè)功率變換器221的負(fù)極連接。輸出側(cè)功率變換器221為單相電壓型變換器，由2個帶有反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)S7、S8與兩個電容C701、C801組成半橋結(jié)構(gòu)，S7和S8串聯(lián)， C701、C801串聯(lián)，其中S7、C701分別接在橋臂的正極，S8、C801分別接在對應(yīng)橋臂的負(fù)極。 負(fù)載201為單向交流電機(jī)。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)單相AC-AC變換器電路根據(jù)雙向開關(guān)的狀態(tài)不同可以有4種工作模式，其電路運(yùn)行特性類似三相AC-AC變換器電路。圖lla、b、c為雙向開關(guān)33的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖11所示，所述雙向開關(guān)33包括第一開關(guān)SA和第二開關(guān)SB，且第一開關(guān)SA和第二開關(guān)SB均為電力電子功率開關(guān)。所述雙向開關(guān)33的組成形式為以下三種結(jié)構(gòu)形式中的任意一種(1)所述第一開關(guān)SA和第二開關(guān)SB均為逆阻型IGBT開關(guān)器件(RB-IGBT)，且兩開關(guān)反向并聯(lián)組成；(2)或者所述第一開關(guān)SA和第二開關(guān)SB均為帶續(xù)流二極管的IGBT開關(guān)器件，且兩開關(guān)反向串聯(lián)組成，其中兩個IGBT開關(guān)的集電極互聯(lián)；(3)或者所述第一開關(guān)SA和第二開關(guān)SB均為帶續(xù)流二極管的 IGBT開關(guān)器件，且兩開關(guān)反向串聯(lián)組成，其中兩個IGBT開關(guān)的發(fā)射極互聯(lián)。
權(quán)利要求
1.一種電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路，其特征在于所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路(12)由第一電感(Li)、第一電容(Cl)、第二電感(L2)和第二電容(C2)順序首尾串聯(lián)連接形成，所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路(12)有四個連接點(diǎn)(A、P1、B、P2)，雙向開關(guān)(33)對角連接于所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的兩個連接點(diǎn)(A、B)；所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的另外兩個連接點(diǎn)(P1、 P2)分別為輸入節(jié)點(diǎn)(Pl)和輸出節(jié)點(diǎn)(P2)。
2.如權(quán)利要求1所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路，所述雙向開關(guān)(33)包括第一開關(guān)(SA) 和第二開關(guān)(SB)，所述的第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB)均為電力電子功率開關(guān)。
3.如權(quán)利要求2所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路，所述雙向開關(guān)(33)的組成形式為以下三種中的任意一種所述第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB)均為逆阻型IGBT開關(guān)器件，且所述第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB)反向并聯(lián)組成；或者所述第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB) 均為帶續(xù)流二極管的IGBT開關(guān)器件，且所述第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB)反向串聯(lián)組成，所述第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB)的集電極互聯(lián)；或者所述第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB)均為帶續(xù)流二極管的IGBT開關(guān)器件，且所述第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB)反向串聯(lián)組成，所述第一開關(guān)(SA)和第二開關(guān)(SB)的發(fā)射極互聯(lián)。
4.一種包括如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器，其特征在于所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路(12)的輸入節(jié)點(diǎn)(Pl)與輸入側(cè)功率變換器(11)的正極連接，所述的電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路(12)的輸出節(jié)點(diǎn)(P2)與輸出側(cè)功率變換器02)的正極連接，所述的輸入側(cè)功率變換器(11)的負(fù)極與輸出側(cè)功率變換器 (22)的負(fù)極連接，負(fù)載OO)連接于輸出側(cè)功率變換器02)的橋臂中點(diǎn)；電源(10)連接于輸入側(cè)功率變換器(11)的橋臂中點(diǎn)，構(gòu)成串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器。
5.如權(quán)利要求4所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器，其特征在于所述的輸入側(cè)功率變換器(11)和輸出側(cè)功率變換器0 的相數(shù)為單相或多相。
6.如權(quán)利要求4所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器，其特征在于所述的輸入側(cè)功率變換器(11)為電壓型變換器或電流型變換器；所述輸出側(cè)功率變換器0 為電壓型變換器或電流型變換器。
7.如權(quán)利要求4、5或6所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器，其特征在于所述的功率變換器中，當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)關(guān)斷且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)關(guān)斷，所述功率變換器運(yùn)行在串聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)；當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)導(dǎo)通，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)導(dǎo)通，所述的功率變換器運(yùn)行在并聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)；當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)開關(guān)動作，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)開關(guān)動作，所述的功率變換器運(yùn)行在雙向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)；當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)開關(guān)動作且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)關(guān)斷，或者當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)關(guān)斷且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB) 開關(guān)動作，所述的功率變換器運(yùn)行在單向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)。
8.—種如權(quán)利要求4、5或6所述的串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器的控制方法，所述功率變換器通過所述雙向開關(guān)(33)中的第一開關(guān)(SA)、第二開關(guān)(SB)導(dǎo)通或關(guān)斷可以自由控制電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功率變換器的不同工作模式當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)關(guān)斷且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)關(guān)斷，所述功率變換器運(yùn)行在串聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)；當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)導(dǎo)通，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)導(dǎo)通，所述的功率變換器運(yùn)行在并聯(lián)諧振變換器工作狀態(tài)；當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)開關(guān)動作，且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)開關(guān)動作，所述的功率變換器運(yùn)行在雙向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)；當(dāng)所述的雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)開關(guān)動作且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)關(guān)斷，或者當(dāng)雙向開關(guān)的第一開關(guān)(SA)關(guān)斷且雙向開關(guān)的第二開關(guān)(SB)開關(guān)動作，所述的功率變換器運(yùn)行在單向功率流升或降壓型變換器工作狀態(tài)。
全文摘要
一種串聯(lián)電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)功率變換器，包括有電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路。該電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路由第一電感(L1)、第一電容(C1)、第二電感(L2)和第二電容(C2)順序首尾串聯(lián)連接形成。雙向開關(guān)(33)對角連接于電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路(12)的兩個連接點(diǎn)(A、B)。電橋型阻抗網(wǎng)絡(luò)電路(12)的輸入節(jié)點(diǎn)(P1)與輸入側(cè)功率變換器(11)的正極連接，輸出節(jié)點(diǎn)(P2)與輸出側(cè)功率變換器(22)的正極連接，輸入側(cè)功率變換器(11)的負(fù)極與輸出側(cè)功率變換器(22)的負(fù)極連接。負(fù)載(20)連接于輸出側(cè)功率變換器(22)的橋臂中點(diǎn)，電源(10)連接于輸入側(cè)功率變換器(11)的橋臂中點(diǎn)。通過所述的雙向開關(guān)(33)控制電橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同的變換目的。
文檔編號H02M1/44GK102158071SQ20111008592
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者許海平 申請人:中國科學(xué)院電工研究所